[发明专利]Ⅲ族元素氮化物晶体的制造方法及Ⅲ族元素氮化物晶体

说明书

技术领域

本发明涉及III族元素氮化物晶体的制造方法及III族元素氮化物晶 体。

背景技术

氮化镓(GaN)等III族元素氮化物化合半导体作为发出蓝色光或紫 外光的半导体元件材料受到关注。蓝色激光二极管(LD)被用于高密度光 盘或显示器中，另外，蓝色发光二极管(LED)被用于显示器或照明等中。 另外，紫外线LD有望在生物技术等中得到应用，紫外线LED有望作为荧 光灯的紫外光。

LD或LED用的氮化镓(GaN)等III族元素氮化物化合半导体的基 板通常来说是通过使用气相外延生长法使III族元素氮化物晶体进行异质 外延生长来制造的。作为气相生长方法，有有机金属化学气相生长法 (MOCVD法)、氢化物气相生长法(HVPE法)、分子射线外延法(MBE) 等。但是，利用这些气相外延生长法得到的氮化镓晶体的位错密度为 10⁸cm^-2～10⁹cm^-2，在晶体的质量方面有问题。作为解决该问题的方法，例 如开发出ELOG(Epitaxial lateral overgrowth)法。根据该方法，可以将位 错密度降低至10⁵cm^-2～10⁶cm^-2。但是，该方法有工序复杂的问题。

另一方面，还研究过不是利用气相外延生长而是在液相中进行晶体生 长的方法。由于在氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)等III族元素氮化物单 晶的熔点下的氮平衡蒸气压为1万大气压以上，因此以往为了使氮化镓晶 体或氮化铝晶体等III族元素在液相中生长，需要设为1200℃且8000atm (8000×1.013×10⁵Pa)这样过于严酷的条件。

为了解决该问题，近年来，开发出将钠(Na)等碱金属作为熔剂使用 的方法。根据该方法，可以在比较温和的条件下获得氮化镓晶体或氮化铝 晶体等III族元素氮化物晶体。作为一个例子，在含有氨气的氮气气氛下， 通过将作为碱金属的钠与作为III族元素的镓加压加热而使其熔融，使用 该熔液(钠熔剂)培养96小时，而得到1.2mm左右的最大晶体尺寸的氮 化镓晶体(例如参照专利文献1)。另外，还提出过如下的方法，即，将反 应容器和晶体生长容器分离，抑制自然核的产生而生长大型的晶体的方法 (例如参照专利文献2)。另外，还提出过如下的方法，即，向钠中添加碱 土类等，以高质量生长块状的晶体的方法(例如参照专利文献3)。

但是，使用了钠熔剂的方法与气相外延法相比，虽然所得的氮化镓晶 体的位错密度低，质量高，然而却有生长速度低、生产性差的问题。由此， 在利用将钠等碱金属作为熔剂的液相的氮化镓晶体的制造方法中，实现生 长速度的进一步的提高成为重要的课题。

专利文献1：日本特开2002-293696号公报

专利文献2：日本特开2003-300798号公报

专利文献3：国际公开第04/013385号小册子

在将碱金属作为熔剂使用的III族元素氮化物晶体的制造方法中，为 了实现生长速度的提高，将氮有效地溶解于熔剂中就变得很重要。为此， 需要通过将熔剂的温度设为更高的温度，并且将作为气氛气体的含氮气体 设为更高的压力，来增多熔剂中的氮溶解量。但是，如果设为高温及高压， 则在气氛气体与熔剂的气液界面附近，熔剂中的氮的过饱和度就会上升， 容易发生不均匀的核产生。如果在气液界面发生不均匀的核产生，就会以 该核为基础使多晶的III族元素氮化物作为杂晶(所谓的不均匀核产生) 生长。由此，本来应当生长的在晶种上的晶体的生长就受到抑制，结果就 会有生长速度降低的问题。

发明内容

所以，本发明的目的在于，提供一种能够通过抑制杂晶的产生来提高 晶体的生长速度的III族元素氮化物晶体的制造方法。

为了达成上述目的，本发明的III族元素氮化物晶体的制造方法是如 下的方法，即，向含有III族元素、碱金属及III族元素氮化物的晶种的晶 体生长容器中，添加沸点高于碱金属的熔点的烃，在含氮气体气氛下，将 晶体生长容器加压加热，在含有III族元素、碱金属及氮的熔液中使III族 元素及氮反应，以晶种作为核来生长III族元素氮化物晶体。